DE102009026626A1

DE102009026626A1 - Kupplung oder Bremse in oder an einem Getriebe

Info

Publication number: DE102009026626A1
Application number: DE102009026626A
Authority: DE
Inventors: Konrad Thoma; Frank Richter; Ilja Imgrunt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-12-09
Also published as: EP2438275B1; CN102449274B; CN102449274A; US20120067315A1; US8434439B2; EP2438275A1; WO2010139491A1; KR20120016122A; JP2012528975A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplung oder Bremse (11) mit einer elektrisch betätigbaren Schaltspule (12) und einem axial gegen die Schaltspule (12) bewegbaren, einen Reibschluss oder Formschluss mit der Schaltspule (12) bewirkenden, relativ zur Schaltspule (12) drehbaren Anker (13), in einem Getriebe (1), beispielsweise in einem Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Überlagerungsgetriebe (1) mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement (4), einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement (3) und einem Stellelement (6), durch das sich durch Aufbringen eines Bremsmoments eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement (4) und dem Abtriebselement (3) bewirken lässt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anker (13) drehfest und verschiebbar zentriert auf oder an einem Getriebeteil (6) angeordnet ist, und dass die Schaltspule (12) drehfest sowie zentriert koaxial zum Anker (13) mittels einer Membranfeder (22) an einem weiteren Getriebeteil (10), relativ zu dem der Anker (13) gebremst oder mit dem der Anker (13) gekuppelt wird, befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung oder Bremse mit einer elektrisch betätigbaren Schaltspule und einem axial gegen die Schaltspule bewegbaren, einen Reibschluss oder Formschluss mit der Schaltspule bewirkenden, relativ zur Schaltspule drehbaren Anker, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Kupplungen oder Bremsen werden beispielsweise in Verstellsystemen für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine verwendet, die ein Überlagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement, mit einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement und mit einem Stellelement, durch das sich durch Aufbringen eines Bremsmoments eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bewirken lässt, aufweisen. Elektromagnetisch betätigbare Kupplungen oder Bremsen sind aber auch als Schaltelemente in Automatgetrieben verwendbar, um dort drehende Getriebeteile miteinander zu kuppeln oder gegenüber einem Getriebegehäuse abzubremsen.
In der DE 10 2006 011 806 A1 ist eine Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle beschrieben, die ein Bremssystem sowie ein mit der Nockenwelle abtriebsseitig und der Kurbelwelle antriebseitig verbundenes Überlagerungsgetriebe aufweist, wobei das Überlagerungsgetriebe zum Verstellen der Nockenwelle einen Teil der antriebseitigen Energie in das Bremssystem abführt. Das reibschlüssige Bremssystem erzeugt die erforderliche Bremskraft über einen im Dauerschlupf befindlichen Reibbelag, indem eine Schaltspule auf einen Anker, auf dem der Reibbelag befestigt ist, über eine elektrische Regelung einwirkt und je nach erforderlicher Phasenlage ein entsprechendes Bremsmoment bewirkt. Diese Verstellvorrichtung weist eine zusätzliche mechanische Verriegelung auf, die zur Wirkung kommt, wenn die Schaltspule nicht bestromt ist, in dem der Anker mittels einer Feder axial verschoben wird und eine Verstellwelle mit dem Antriebselement des Überlagerungsgetriebes formschlüssig verbunden wird. Die Schaltspule ist gehäusefest angeordnet und erfordert eine Justierung gegenüber dem auf der Verstellwelle drehfest und axial verschiebbar angeordneten Anker mit dem Reibbelag.
Eine ähnliche Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle ist in der DE 102 20 687 A1 beschrieben, die ebenfalls ein Überlagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement, einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement und einem Stellelement aufweist, durch das sich mittels eines auf das Stellelement wirkenden elektromotorischen Stellantriebs eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bewirken lässt. Zusätzlich ist noch eine elektromagnetische Bremse zwischen dem Stellelement und einem feststehenden Gehäuseteil vorgesehen, mittels derer sich eine Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle erreichen und halten lässt. Diese Verstellvorrichtung für eine Nockenwelle ist nur schematisch dargestellt, und es lässt sich nicht erkennen, wie der elektromotorische Stellantrieb und die elektromagnetische Bremse gegenüber dem Gehäuseteil und dem Überlagerungsgetriebe gelagert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung oder Bremse in einem Getriebe, bestehend aus einer elektrisch betätigbaren Schaltspule und einem gegen die Schaltspule bewegbaren, einen Reibschluss oder Formschluss mit der Schaltspule bewirkenden, relativ zur Schaltspule drehbaren Anker vorzuschlagen, die auf einfache Weise axiale Fertigungstoleranzen und thermische Ausdehnungen zwischen den Baueilen auszugleichen gestattet.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Kupplung oder Bremse mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Kupplung oder Bremse mit einer elektrisch betätigbaren Schaltspule und einem axial gegen die Schaltspule bewegbaren, einen Reibschluss oder Formschluss mit der Schaltspule bewirkenden, relativ zur Schaltspule drehbaren Anker, in einem Getriebe, beispielsweise in einem Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Überlagerungsgetriebe mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement, einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement und einem Stellelement, durch das sich durch Aufbringen eines Bremsmoments eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bewirken lässt Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist außerdem vorgesehen, dass der Anker drehfest und verschiebbar zentriert auf oder an einem Getriebeteil angeordnet ist, und dass die Schaltspule drehfest sowie zentriert koaxial zum Anker mittels einer Membranfeder an einem weiteren Getriebeteil, relativ zu dem der Anker gebremst oder mit dem der Anker gekuppelt wird, befestigt ist.
Durch die Membranfeder wird das zwischen der Schaltspule sowie dem Anker wirkende Drehmoment und damit zwischen den genannten Getriebeteilen übertragen, wobei gleichzeitig axiale Fertigungstoleranzen zwischen diesen Getriebeteilen ausgeglichen werden. Auch die thermische Ausdehnung zwischen den Getriebeteilen wird durch die Membranfeder ausgeglichen, ohne dass dabei merkliche bzw. hinderliche Axialkräfte oder Radialkräfte entstehen.
Vorzugsweise kann das Getriebeteil, auf dem der Anker angeordnet ist, eine Getriebewelle sein, auf der die Schaltspule drehbar und unverschiebbar gelagert ist. Auf diese Weise ist die Getriebewelle gegenüber dem Getriebeteil, an dem die Schaltspule mittels der Membranfeder befestigt ist, zentriert und gelagert, während die axialen Fertigungstoleranzen zwischen dem Getriebeteil und der Getriebewelle sowie die thermische Ausdehnung von der Membranfeder aufgenommen werden.
Das Getriebeteil, an dem die Schaltspule befestigt ist, kann ein drehfestes Gehäuseteil sein, insbesondere kann die Schaltspule an einem drehfesten Gehäuseelement des Überlagerungsgetriebes für ein Nockenwellenverstellsystem einer Brennkraftmaschine befestigt sein, während der Anker auf einem als Verstellwelle ausgebildeten Stellelement des Überlagerungsgetriebes angeordnet ist.
Da das Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine typischerweise mit der Nockenwelle in einem Motorgehäuse angeordnet sind, ist es vorteilhaft, wenn das Überlagerungsgetriebe als in einem Motorgehäuseteil angeordnetes Dreiwellengetriebe mit einer mit der Kurbelwelle verbundenen Antriebswelle, einer mit der Nockenwelle verbunden Antriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist, wobei die Schaltspule mittels der Membranfeder am Motorgehäuseteil befestigt und auf der Verstellwelle mittels wenigstens eines Wälzlagers gelagert ist sowie der Anker drehfest und axial verschiebbar auf der Verstellwelle angeordnet ist.
Um bei nicht strombeaufschlagter Schaltspule eine völlige Trennung des Ankers von der Schaltspule zu erreichen, kann zwischen dem Anker und der Schaltspule eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder angeordnet sein.
Das beschriebene Konstruktionsprinzip sowie dessen Weiterbildungen ist ausdrücklich nicht auf die Anwendung hinsichtlich eines Verstellsystems für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine beschränkt, sondern lässt sich mit den gleichen Vorteilen auch für elektromechanisch betätigte Kupplungen oder Bremsen in Automatgetrieben nutzen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Verstellsystems für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine mit einem Überlagerungs getriebe, einer elektromagnetischen Kupplung oder Bremse und einem elektromotorischen Verstellantrieb, sowie
2 eine vergrößerte, detaillierte Ansicht der erfindungsgemäßen Kupplung oder Bremse.
Das Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine umfasst ein Überlagerungsgetriebe 1, dessen von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenes Antriebselement 4 mit der Kurbelwelle über ein Antriebsrad 7 in Verbindung steht. Des Weiteren umfasst das Überlagerungsgetriebe 1 ein eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibendes Abtriebselement 3 und ein Stellelement 6, wobei letzteres mit einem elektromotorischen Stellantrieb, bestehend aus einem Rotor 8 und einem Stator 9, verbunden ist. Der Stator 9 ist in einem Motorgehäuseteil 10 drehfest und axial unverschiebbar befestigt.
Zwischen dem Motorgehäuseteil 10 und dem Rotor 8 ist eine elektromagnetische Bremse 11 angeordnet, die beispielsweise dazu dient, bei einem Ausfall des elektromotorischen Stellantriebs 8, 9 durch Abbremsen bzw. Festsetzen der Verstellwelle 6 eine Basis- bzw. Notlaufposition des mit einer Nockenwelle verbundenen Abtriebselements 3 zu erreichen und zu halten.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die elektromagnetische Bremse 11 eine Schaltspule 12 auf, die mittels einer Membranfeder 22 mit dem Motorgehäuseteil 10 verbunden ist, wobei die Membranfeder 22 sowohl mit der Schaltspule 12 als auch mit dem Motorgehäuse 10 mittels Befestigungsschrauben 23 verschraubt ist.
Die Schaltspule 12 dient auch zur Lagerung des freien Endes der Verstellwelle 6 mittels zweier Rillenkugellager 15a, 15b. Die Innenringe dieser Rillenkugellager 15a, 15b sind auf einem Wellenstumpf der Verstellwelle 6 mittels einer Dehnschraube oder Mutter 17 gegen einen Absatz 16 an der Verstellwel le 6 unter Zwischenschaltung eines Distanzrings 18 axial verspannt. Der Außenring des absatznäheren Rillenkugellagers 15b ist an einem Bund 19 der Schaltspule 12 axial festgelegt und mittels eines Sprengringes 20 gegenüberliegend axial fixiert, während das andere Rillenkugellager 15a als Loslager mit losem Außenring ausgebildet ist.
Aufgrund der Elastizität der Membranfeder 22 werden axiale Fertigungstoleranzen zwischen dem Motorgehäuseteil 10, der Verstellwelle 6 und dem Überlagerungsgetriebe 1 ausgeglichen. Zudem wird auch eine thermische Ausdehnung der Elemente des Überlagerungsgetriebes 1 gegenüber dem Motorgehäuseteil 10 durch die Membranfeder 22 aufgenommen, ohne dass dieses Auswirkungen auf die Lagerung der Verstellwelle 6 in der Schaltspule 12 hat. Dementsprechend ergibt sich eine Entlastung des Überlagerungsgetriebes 1 von Querkräften und Schwingungen, da die Verstellwelle 6 über die Rillenkugellager 15a und 15b, die Schaltspule 12 und die Membranfeder 22 bei allen Betriebszuständen sicher gegenüber dem Motorgehäuseteil 10 zentriert bleibt.
Auf der Verstellwelle 6 ist zudem ein Anker 13 axial verschiebbar und drehfest angeordnet. Ein Reibbelag 14 an einer Stirnseite des Ankers 13 wirkt mit einer entsprechenden stirnseitigen Reibfläche 24 der Schaltspule 12 zusammen. Eine Druckfeder 21 dient dazu, den Anker 13 bei nicht bestromter Schaltspule 12 in eine Lösestellung zu bewegen, in der keine Berührung zwischen der Schaltspule 12 und dem Reibbelag 14 des Ankers 13 gegeben ist. Der am Anker 13 eingezeichnete Doppelpfeil kennzeichnet dessen mögliche Bewegungsrichtungen.
Das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromagnetische, reibschlüssig wirkende Bremse 11 in einem Überlagerungsgetriebe 1 eines Verstellsystems für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine, die aber auch formschlüssig wirkend ausgebildet sein kann. Die Erfindung lässt sich auch für die Realisierung einer Kupplung oder Bremse in einem automatischen Getriebe verwenden und kann dazu dienen, rotierende Getrie beelemente gegenüber einem Getriebegehäuseteil festzusetzen oder rotierende Getriebeelemente miteinander zu kuppeln.

1: Getriebe, Überlagerungsgetriebe
3: Abtriebselement, Abtriebswelle
4: Antriebselement, Antriebswelle
6: Verstellelement, Verstellwelle
7: Antriebsrad
8: Rotor
9: Stator
10: Motorgehäuseteil, Getriebeteil
11: Elektromagnetische Bremse
12: Schaltspule
13: Anker
14: Reibbelag
15a: Wälzlager, Rillenkugellager
15b: Wälzlager, Rillenkugellager
16: Absatz
17: Mutter
18: Distanzring
19: Bund
20: Sprengring
21: Druckfeder
22: Membranfeder
23: Befestigungsschrauben
24: Stirnseitige Reibfläche der Schaltspule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006011806 A1 [0003]
- DE 10220687 A1 [0004]

Claims

Kupplung oder Bremse (11) mit einer elektrisch betätigbaren Schaltspule (12) und einem axial gegen die Schaltspule (12) bewegbaren, einen Reibschluss oder Formschluss mit der Schaltspule (12) bewirkenden, relativ zur Schaltspule (12) drehbaren Anker (13), in einem Getriebe (1), beispielsweise in einem Verstellsystem für Nockenwellen einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Überlagerungsgetriebe (1) mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebselement (4), einem eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibenden Abtriebselement (3) und einem Stellelement (6), durch das sich durch Aufbringen eines Bremsmoments eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement (4) und dem Abtriebselement (3) bewirken lässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (13) drehfest und verschiebbar zentriert auf oder an einem Getriebeteil (6) angeordnet ist, und dass die Schaltspule (12) drehfest sowie zentriert koaxial zum Anker (13) mittels einer Membranfeder (22) an einem weiteren Getriebeteil (10), relativ zu dem der Anker (13) gebremst oder mit dem der Anker (13) gekuppelt wird, befestigt ist.
Kupplung oder Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (6), auf dem der Anker (13) angeordnet ist, eine Getriebewelle ist, und dass die Schaltspule (12) drehbar und unverschiebbar auf der Getriebewelle (6) gelagert ist.
Kupplung oder Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeteil (10), an dem die Schaltspule (12) befestigt ist, ein drehfestes Gehäuseteil ist.
Kupplung oder Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltspule (12) an einem drehfesten Gehäuseelement (10) eines Überlagerungsgetriebes (1) für ein Nockenwellenverstellsystem einer Brennkraftmaschine befestigt ist, und dass der Anker (13) auf einem als Verstellwelle ausgebildeten Stellelement (6) des Überlagerungsgetriebes (1) angeordnet ist.
Kupplung oder Bremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (1) als ein in einem Motorgehäuseteil (10) angeordnetes Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenverbundenen Antriebswelle (4), einer nockenwellenverbundenen Abtriebswelle (3) und einer Verstellwelle (6) ausgebildet ist, wobei die Schaltspule (12) mittels der Membranfeder (22) am Motorgehäuseteil (10) befestigt und auf der Verstellwelle (6) mittels wenigstens eines Wälzlagers (15a, 15b) gelagert ist, und wobei der Anker (13) drehfest und axial verschiebbar auf der Verstellwelle (6) angeordnet ist.
Kupplung oder Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (13) und der Schaltspule (12) eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder (21) angeordnet ist.
Verwendung einer Kupplung oder Bremse mit den Merkmalen wenigstens eines der vorherigen Ansprüche als Schaltelement in einem Automatgetriebe.